我们知道细胞内的生命活动由众多基因、蛋白质、以及小分子代谢产物来共同承担,而上游的(核酸、蛋白?#23454;齲?#22823;分子的功能性变化最终会体现于代谢层面,如神经递质的变化、激素调控、受体作用效应、细胞信号释放、能量传递和细胞间通讯等,所以代谢组处于基因调控网络和蛋白质作用网络的下游,所提供的是生物学的终端信息。如同我们在长江的上游建大坝或对江水改道,这些项目的生态影响会在下游的河道和地域体现出来一样,我们经常?#25285;?#22522;因组学和蛋白组学告诉你可能发生什么,而代谢组学则告诉你已经发生了什么。

什么是代谢组学?代谢组学是用来解决什么问题的?

代谢组学(Metabonomics/Metabolomics)是20世纪90年代末期发展起来的一门新兴学科,是研究关于生物体被扰动后(如基因的改变或环境变化后)其代谢产物(内源性代谢物质)种类、数量及其变化规律的科学。代谢组学着重研究的是生物整体、器官或组织的内源性代谢物质的代谢途径及其所受内在或者外在因素的影响及随时间变化的规律。代谢组学通过揭示内在和外在因素影响下代谢整体的变化轨迹来反映某?#26893;?#29702;生理过程中所发生的一系列生物?#24405;?

代谢组学的研究对象与层次有哪些?

一般来?#25285;?#20195;谢组学关注的对象是分子量在1000以下的小分子化合物。根据研究的对象和目的不同,科学家将生物体系的代谢产物分析分为4个层次:

代谢物靶标分析:某一个或几个特定组分的定性和定量分析,如某一类结构、性质相关的化合物(氨基酸、?#35874;?#37240;、顺二醇类)或者某一代谢途径的所有中间产物或多条代谢途径的标志性组分。

代谢物指?#21697;?#26512;:同时对多个代谢物进行分析,不分离鉴定具体单一组分。

代谢轮廓分析:限定条件下对生物体内特定组织内的代谢产物的快速定性和半定量分析。

代谢组分析:对生物体或体内某一特定组织所包含的所有代谢物的定量分析,并研究该代谢物组在外界干预或病理生理条件下的动态变化规律。


代谢组学可以检测的样品种类有哪些?

代谢组学主要研究的是作为各种代谢路径的底物和产物的小分子代谢物(分子量<1000)。其样品主要是血浆或血清,尿液,唾液,以及细胞和组织的提取液。我们也和一些公司或单位(如烟草公司、茶叶公司、制酒公司、酸奶公司、医院等)合作,做过植物,真菌,微生物提取物,脑脊液,淋巴液,昆虫血淋巴,羊水,卵泡液,膝盖滑液,眼泪,精液,胎盘,粪便及肠道内容物提取液?#21462;?

一般代谢组学能检测出多少物质?

不同的质谱平台灵敏度及偏向性都不一样,而且不同平台之间具?#35874;?#34917;性。一般来说GC/MS检测血清样品能准确定性的物?#35797;?00个左右,检测尿液样品定性的物?#35797;?00个左右,其他样品(如肝脏,粪便,肠道内容物)也在几百这个数量级。如果采用全二维GC/MS,物质的数量要更多,可达1千以上。LC/MS检测物质的数量要远比GC/MS多,但能准确定性和定量的不多,视不同的平台(TQ、QTOF等)能达到几十至2-3百个物质。


样品收集方法及所需样本量?

  • 微生物和细胞样本:迅速钝化代谢活动(淬灭),同?#21271;?#25345;细胞不裂解;
  • 动物体液(如尿、血、组织、器官、唾液):采样后要迅速预处理,如加入抗凝血剂、防腐剂,并立即冷冻处理(-80 ℃);
  • 植物样本:采集后迅速冷?#24120;?#28082;氮),然后转入-80℃保存,200mg/例;
  • 血清样品:150uL/例,一定避免反复冻融。血液收集在离心管中静置30分钟进?#24515;?#34880;。8000rpm离心10分钟,取上清分装到冻存管中,放置液氮?#35874;?80度冻存;
  • 尿液样品:200uL/例,原则上可以多取一点,记录尿液总体积,临床样本请全部取清晨第一?#25991;?#28082;。尿液直接分装到离心管中,8000rpm离心10分钟,取上清分装到冻存管中,放置液氮?#35874;?80度冻存,-80度冻存;
  • 其他样本收集办法请咨询本司工作人员

选择代谢组学作为科研技术手段的优势有哪些?

  • 代谢组学的研究处于生物信息流的中游,介于基因、蛋白质和细胞、组织之间,在生物信息的传递中起到承上启下的作用。
  • 小分子的产生和代谢是基因表达的下游产物,生物体液的代谢产物分析能够更直接,更准确的反映生物体的病理生理状态。
  • 代谢物的种类少,大约在103个数量级,要远小于基因和蛋白质的数据,物质的分子结构要简单得多,分析起来更简单明了。
  • 代谢组学的代谢物信息库简单,它远没有全基因组测序及大量表达序列标签的数据库那么复杂。
  • 基因和蛋白质表达的有效微小变化会在代谢物?#31995;?#21040;放大,从而使检测更容易。
  • 代谢产物在各个生物体系中都是类似的,所以代谢组学研究中采用的技术更容易在各个领域中通用,也更容易被人接受。

代谢组学的研究领域有哪些?

  • 疾病机制研究
  • 疾病诊断与防治
  • 新药筛选和开发
  • 药物作用机制的研究
  • 药物毒性评价
  • 植物的细胞代谢组学研究
  • 微生物代谢组学研究

为什么选择气相色谱-飞行时间质谱仪(GC/TOF-MS)

气相色谱-飞行时间质谱仪在20世纪90年代取得了重大技术突破。由于飞行时间质谱理论上无质量限制,扫描速度和离子采集效率非常高,因?#25628;?#36895;应用于生物领域研究。

GC/TOF-MS仪中时间飞行质量分析器结构简单,具有快速的扫描和高效的离子采集等特点,质量?#27573;?#23485;,其采集信息?#27573;?#36828;大于传统的GC/MS,甚?#38142;?#21040;500张全谱图/s,对于代谢组学生物物质的全谱分析,GC/TOF-MS的应?#20204;?#26223;非常广阔。